论文部分内容阅读
SWAT(Soil and water Assessment Tools)模型是一种半分布式水文模型,水文响应单元(HRU,Hydrological Response Units)是模型模拟的基本单元。HRU一般由土地利用类型、土壤类型和坡度等条件定义和划分,同一HRU内部被视为具有相同的的属性特征和水文过程响应。传统的SWAT模型研究中,由于HRU在空间分布上不连续且难以确定其明确的空间位置,这样很难反映HRU的相互作用和进行精确地空间分析。本文以太湖地区典型小流域为例,利用GIS工具对土地利用和土壤类型数据进行概化处理,实现水文响应单元(HRU)在空间上的准确定位。在空间离散化的HRU基础上对SWAT模型进行改进和评价,并对流域产水、产沙和污染负荷进行分析。研究的主要成果如下:
1)提出了SWAT模型水文响应单元空间离散化思路和方法,通过对影响HRU划分的输入数据进行空间概化处理和数据关联,实现了HRU的空间定位和相关属性的提取。
2)提出了同一子流域内HRU汇流时间的差异,基于HRU空间离散化,改进了SWAT模型。针对SWAT模型中不能反映同一子流域内部不同HRU汇流时间差异的弱点,对SWAT模型径流延迟模块进行了改进。
3)在太湖地区典型小流域运行改进的SWAT模型,获得了比原模型更好的模拟结果。港口站NSE在校正期和验证期分别达0.67、0.76,比模型修正前分别提高0.03和0.06。修正后的SWAT模型考虑了距离差别而产生径流延迟,更符合符合汇流物理过程,因此对于流量的模拟效果更好。泥沙校正获得了非常满意的结果,MSE达0.78。由于延迟模块的修改导致洪峰流量降低,泥沙的输移量比修正前偏低。
4)实现了基于HRU的流域空间分析,为进行更小空间尺度的水文过程分析和污染关键部位识别提供了方法和途径。
本文研究提出了基于GIS分析的水文响应单元空间离散化的思路和方法,解决了SWAT模型中HRU产汇流延迟差异的问题,使之更符合汇流的一般机理过程,同时也为细化流域内部的产流、产沙和污染负荷分析提供了空间基础。